(57)【要約】  ケイ素原子、スズ原子、硫黄原子、酸素原子及びチタン原子から選ばれる少なくとも１つを、重合活性末端、重合開始末端及び重合鎖中のいずれかに含む共役ジエン系重合体を含むゴム成分と、燃焼ガス生成帯域と、反応帯域と、反応停止帯域とが連設されてなる反応装置を用い、前記燃焼ガス生成帯域内で高温燃焼ガスを生成させ、次いで前記反応帯域に原料を噴霧導入してカーボンブラックを含む反応ガス流を急冷して、反応を終結させることにより得られたゴム配合用カーボンブラックとを含み、前記ゴム配合用カーボンブラックが、特定の関係式（１）及び（２）満たすゴム組成物を用いることにより、タイヤとした場合に耐摩耗性及び耐引裂き性等の耐久性を向上させつつ、転がり抵抗を低減することが可能なゴム組成物及びそれを用いたタイヤを提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ素原子、スズ原子、硫黄原子、酸素原子及びチタン原子から選ばれる少なくとも１つを、重合活性末端、重合開始末端及び重合鎖中のいずれかに有する共役ジエン系重合体を含むゴム成分と、
燃焼ガス生成帯域と、反応帯域と、反応停止帯域とが連設されてなる反応装置を用い、前記燃焼ガス生成帯域内で高温燃焼ガスを生成させ、次いで前記反応帯域内に原料を噴霧導入してカーボンブラックに転化し、前記反応停止帯域で該カーボンブラックを含む反応ガス流を急冷して、反応を終結させることにより得られたゴム配合用カーボンブラックとを含み、
前記ゴム配合用カーボンブラックが、下記の関係式（１）及び（２）を満たすゴム組成物。
１０＜Ｘ＜４０    ・・・（１）
９０＜Ｚ＜１００  ・・・（２）
（ただし、Ｘは原料導入位置から、第１番目の急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度（％）を示し、Ｚは、最後の急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度（％）を示す。）
【請求項２】
前記共役ジエン系重合体が、重合反応後に重合活性末端と、ケイ素原子、スズ原子、硫黄原子、酸素原子及びチタン原子から選ばれる少なくとも１つを含む化合物とを変性反応させて得られる変性共役ジエン系重合体である請求項１に記載のゴム組成物。
【請求項３】
前記変性共役ジエン系重合体が、有機金属型の活性部位を分子中に有する共役ジエン系重合体の該活性部位に、下記一般式（Ｉ）
ＲaＭＸb  ・・・  （Ｉ）
（式中、Ｒは、それぞれ独立して炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数３〜２０のシクロアルキル基、炭素数６〜２０のアリール基及び炭素数７〜２０のアラルキル基から選択され、Ｍはスズ又はケイ素であり、Ｘはそれぞれ独立して塩素、臭素又はヨウ素である。また、ａは０〜３の整数、ｂは１〜４の整数であり、ａ＋ｂ＝４である）で表される化合物、及び一般式（ＩＩ）
Ｒ1aＭ（ＯＲ2）b  ・・・  （ＩＩ）
（式中、Ｒ1及びＲ2は、それぞれ独立して炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数３〜２０のシクロアルキル基、炭素数６〜２０のアリール基及び炭素数７〜２０のアラルキル基から選択され、Ｍはスズ又はケイ素であり、Ｘはそれぞれ独立して塩素、臭素又はヨウ素である。また、ａは０〜３の整数、ｂは１〜４の整数であり、ａ＋ｂ＝４である）で表される化合物の中から選ばれる少なくとも１種の変性剤、及びその縮合物を反応させて得られる変性共役ジエン系重合体である請求項２に記載のゴム組成物。
【請求項４】
前記変性共役ジエン系重合体が、有機金属型の活性部位を分子中に有する共役ジエン系重合体の該活性部位に、下記一般式（III）：
【化１】
2011125637.tif 000008
（式中、ａ＋ｂ＋ｃ＝４（但し、ｂは１〜３の整数、ａは０〜２の整数、ｃは１〜３の整数である）であり、Ａは飽和環状３級アミン化合物残基、不飽和環状３級アミン化合物残基、イミン残基、ニトリル基、（チオ）イソシアナート基、（チオ）エポキシ基、イソシアヌル酸トリヒドロカルビルエステル残基、炭酸ジヒドロカルビルエステル残基、ニトリル基、ピリジン基、（チオ）ケトン基、（チオ）アルデヒド基、アミド基、（チオ）カルボン酸ヒドロカルビルエステル残基、（チオ）カルボン酸エステル残基の金属塩残基、カルボン酸無水物残基、カルボン酸ハロゲン化合物残基、並びに加水分解可能な基を有する２級アミノ基またはメルカプト基の中から選ばれる少なくとも１種の官能基であり、Ａが複数のときは同一であっても異なっていてもよい。
Ｒ1は、炭素数１〜２０の一価の脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１８の一価の芳香族炭化水素基またはハロゲン原子であり、Ｒ1が複数のときは同一であっても異なっていてもよい。Ｒ2は、炭素数１〜２０の一価の脂肪族炭化水素基又は炭素数６〜１８の一価の芳香族炭化水素基であり、Ｒ2が複数のときは同一であっても異なっていてもよい。Ｒ3は、炭素数１〜２０の二価の炭化水素基又は炭素数６〜１８の二価の芳香族炭化水素基であり、Ｒ3が複数のときは同一であっても異なっていてもよい。）で表される変性剤、及びその縮合物を反応させて得られる変性共役ジエン系重合体である請求項２に記載のゴム組成物。
【請求項５】
前記変性共役ジエン系重合体が、下記一般式（ＩＩ）で表される化合物と下記一般式（III）で表される変性剤との縮合物を反応させて得られる変性共役ジエン系重合体である請求項２に記載のゴム組成物。
Ｒ1aＭ（ＯＲ2）b  ・・・  （ＩＩ）
（式中、Ｒ1及びＲ2は、それぞれ独立して炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数３〜２０のシクロアルキル基、炭素数６〜２０のアリール基及び炭素数７〜２０のアラルキル基から選択され、Ｍはスズ又はケイ素であり、Ｘはそれぞれ独立して塩素、臭素又はヨウ素である。また、ａは０〜３の整数、ｂは１〜４の整数であり、ａ＋ｂ＝４である）
【化２】
2011125637.tif 000009
（式中、ａ＋ｂ＋ｃ＝４（但し、ｂは１〜３の整数、ａは０〜２の整数、ｃは１〜３の整数である）であり、Ａは飽和環状３級アミン化合物残基、不飽和環状３級アミン化合物残基、イミン残基、ニトリル基、（チオ）イソシアナート基、（チオ）エポキシ基、イソシアヌル酸トリヒドロカルビルエステル残基、炭酸ジヒドロカルビルエステル残基、ニトリル基、ピリジン基、（チオ）ケトン基、（チオ）アルデヒド基、アミド基、（チオ）カルボン酸ヒドロカルビルエステル残基、（チオ）カルボン酸エステル残基の金属塩残基、カルボン酸無水物残基、カルボン酸ハロゲン化合物残基、並びに加水分解可能な基を有する２級アミノ基またはメルカプト基の中から選ばれる少なくとも１種の官能基であり、Ａが複数のときは同一であっても異なっていてもよい。
Ｒ1は、炭素数１〜２０の一価の脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１８の一価の芳香族炭化水素基またはハロゲン原子であり、Ｒ1が複数のときは同一であっても異なっていてもよい。Ｒ2は、炭素数１〜２０の一価の脂肪族炭化水素基又は炭素数６〜１８の一価の芳香族炭化水素基であり、Ｒ2が複数のときは同一であっても異なっていてもよい。Ｒ3は、炭素数１〜２０の二価の炭化水素基又は炭素数６〜１８の二価の芳香族炭化水素基であり、Ｒ3が複数のときは同一であっても異なっていてもよい。）
【請求項６】
前記変性共役ジエン系重合体が、さらに窒素原子を含む請求項２〜５のいずれかに記載のゴム組成物。
【請求項７】
前記共役ジエン系重合体が、共役ジエン化合物の重合体または共重合体である請求項１に記載のゴム組成物。
【請求項８】
前記共役ジエン系重合体が、芳香族ビニル化合物と共役ジエン化合物との共重合体である請求項１に記載のゴム組成物。
【請求項９】
前記共役ジエン系重合体が、１質量％以上６０質量％以下の芳香族ビニル化合物由来の構成単位を含み、かつ共役ジエン部分においてビニル結合量が５質量％以上８０質量％以下である請求項１または８に記載のゴム組成物。
【請求項１０】
前記反応帯域内に原料が噴霧導入されてから、第１番目の急冷媒体が導入されるまでの帯域における滞留時間をｔ1（秒）、この帯域での平均反応温度をＴ1（℃）とし、第１番目の急冷媒体が導入されてから、第２番目の急冷媒体が導入されるまでの帯域における滞留時間をｔ2（秒）、この帯域での平均反応温度をＴ2（℃）とし、更に、第２番目の急冷媒体が導入されてから、最後の急冷媒体が導入されるまでの帯域における滞留時間をｔ3（秒）、この帯域内での平均反応温度をＴ3（℃）とした場合、前記ゴム配合用カーボンブラックが、下記の関係式（３）、（４）及び（５）
２．００≦α１≦５．００                          ・・・（３）
５．００≦α２≦９．００                          ・・・（４）
−２．５×（α１＋α２）＋８５．０≦β≦９０．０  ・・・（５）
（ただし、α１＝ｔ1×Ｔ1、α２＝ｔ2×Ｔ2、β＝ｔ3×Ｔ3である。）
を満たすように制御して得られたものである請求項１〜９のいずれかに記載のゴム組成物。
【請求項１１】
前記ゴム配合用カーボンブラックが、下記の関係式（６）、（７）及び（８）
２０＜Ｘ＜４０  ・・・（６）
５０＜Ｙ＜６０  ・・・（７）
９０＜Ｚ＜９５  ・・・（８）
（式中、Ｙは第２番目の急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度を示し、Ｘ及びＺは前記と同じである。）
を満たすように制御して得られたものである請求項１〜１０のいずれかに記載のゴム組成物。
【請求項１２】
前記ゴム配合用カーボンブラックの水素放出率が、０．３質量％よりも高い請求項１〜１１のいずれかに記載のゴム組成物。
【請求項１３】
前記ゴム配合用カーボンブラックにおけるジブチルフタレート吸収量（ＤＢＰ）が９５ｍＬ／１００ｇ以上２２０ｍＬ／１００ｇ以下であり、圧縮ＤＢＰ吸収量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が９０ｍＬ／１００ｇ以上２００ｍＬ／１００ｇ以下であり、かつセチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が７０ｍ2／ｇ以上２００ｍ2／ｇ以下である請求項１〜１２のいずれかに記載のゴム組成物。
【請求項１４】
前記ゴム組成物が、ゴム成分１００質量部に対し、前記共役ジエン系重合体を５質量部以上８０質量部以下含む請求項１〜１３のいずれかに記載のゴム組成物。
【請求項１５】
前記ゴム組成物が、ゴム成分１００質量部に対し、前記ゴム配合用カーボンブラックを１０質量部以上２５０質量部以下含む請求項１〜１４のいずれかに記載のゴム組成物。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載のゴム組成物を用いてなるタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム組成物及びそれを用いた空気入りタイヤに関する。更に詳しくは、本発明は、特に耐摩耗性及び耐引裂き性等の耐久性を向上させつつ、転がり抵抗を低減させることが可能なゴム組成物、及びそれを含むタイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギー、省資源の社会的要請の下、自動車の燃料消費量を節約するため、転がり抵抗の小さいタイヤが求められている。このような要求に対し、タイヤの転がり抵抗を減少させる手法としては、カーボンブラックの使用量を低減させたり、低級カーボンブラックを使用する等により、ヒステリシスロスを低下させたゴム組成物、すなわち発熱性の低いゴム組成物を、タイヤ部材、特にトレッドゴムに用いる方法が知られている。
しかしながら、使用するカーボンブラックの単純な減量は、ゴム組成物の耐摩耗性を低下させることがある。【０００３】
これに対し、特許文献１、２には、転がり抵抗を低減させるために、ゴム成分として重合活性末端にアミノ基を導入した変性共役ジエン系重合体を用い、充填材としてカーボンブラックを用いたゴム組成物が提案されている。また、特許文献３には、末端変性ポリブタジエンゴム等の末端変性重合体を用いて、カーボンブラックの分散性を改良することにより、タイヤの耐摩耗性及び転がり抵抗を両立させることが可能なゴム組成物が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２２５６０４号公報
【特許文献２】特開平８−２３１６５８号公報
【特許文献３】特開２００５−０４１９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、タイヤの耐摩耗性の向上には、タイヤを構成するゴム組成物に配合されるカーボンブラックの粒子径やストラクチャが支配要因として考えられており、カーボンブラックの粒子径を小さくするほど耐摩耗性が向上するが、カーボングラックの粒子径が極端に小さいとゴム中で分散不良を起こし、発熱性が増大することが知られている。かかるゴム組成物でタイヤトレッドを作製した場合、耐摩耗性には優れるが、低燃費性には劣ることとなる。即ち、カーボンブラックの粒子径に関しては、耐摩耗性と低発熱性とは二律背反の関係にある。
上記観点からは、前記末端変性重合体をゴム成分に用いたゴム組成物によれば、末端変性重合体のヒステリシスロスが低減され、耐摩耗性及び転がり抵抗に対し一定の効果が得られるものの、前記二つの背反する性能に関しては、依然として改良の余地がある。【０００６】
本発明は、このような状況下になされたもので、タイヤとした場合に耐摩耗性及び耐引裂き性等の耐久性を向上させつつ、転がり抵抗を低減することが可能なゴム組成物を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、かかるゴム組成物を用いた、耐摩耗性及び転がり抵抗が高度にバランスされたタイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、特定のプロセスにより得られた、特定の性状を有するカーボンブラックを含有するゴム組成物により、その目的を達成し得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、
〔１〕  ケイ素原子、スズ原子、硫黄原子、酸素原子及びチタン原子から選ばれる少なくとも１つを、重合活性末端、重合開始末端及び重合鎖中のいずれかに有する共役ジエン系重合体を含むゴム成分と、
燃焼ガス生成帯域と、反応帯域と、反応停止帯域とが連設されてなる反応装置を用い、前記燃焼ガス生成帯域内で高温燃焼ガスを生成させ、次いで前記反応帯域内に原料を噴霧導入してカーボンブラックに転化し、前記反応停止帯域で該カーボンブラックを含む反応ガス流を急冷して、反応を終結させることにより得られたゴム配合用カーボンブラックとを含み、
前記ゴム配合用カーボンブラックが、下記の関係式（１）及び（２）を満たすゴム組成物、
１０＜Ｘ＜４０    ・・・（１）
９０＜Ｚ＜１００  ・・・（２）
（ただし、Ｘは原料導入位置から、第１番目の急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度（％）を示し、Ｚは、最後の急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度（％）を示す。）
〔２〕  前記共役ジエン重合体が、重合反応後に重合活性末端と、ケイ素原子、スズ原子、硫黄原子、酸素原子及びチタン原子から選ばれる少なくとも１つを含む化合物とを変性反応させて得られる変性共役ジエン系重合体である〔１〕に記載のゴム組成物、【０００８】
〔３〕  前記変性共役ジエン系重合体が、有機金属型の活性部位を分子中に有する共役ジエン系重合体の該活性部位に、下記一般式（Ｉ）
ＲaＭＸb  ・・・  （Ｉ）
（式中、Ｒは、それぞれ独立して炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数３〜２０のシクロアルキル基、炭素数６〜２０のアリール基及び炭素数７〜２０のアラルキル基から選択され、Ｍはスズ又はケイ素であり、Ｘはそれぞれ独立して塩素、臭素又はヨウ素である。また、ａは０〜３の整数、ｂは１〜４の整数であり、ａ＋ｂ＝４である）で表される化合物、及び一般式（ＩＩ）
Ｒ1aＭ（ＯＲ2）b  ・・・  （ＩＩ）
（式中、Ｒ1及びＲ2は、それぞれ独立して炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数３〜２０のシクロアルキル基、炭素数６〜２０のアリール基及び炭素数７〜２０のアラルキル基から選択され、Ｍはスズ又はケイ素であり、Ｘはそれぞれ独立して塩素、臭素又はヨウ素である。また、ａは０〜３の整数、ｂは１〜４の整数であり、ａ＋ｂ＝４である）で表される化合物の中から選ばれる少なくとも１種の変性剤、及びその縮合物を反応させて得られる変性共役ジエン系重合体である〔２〕に記載のゴム組成物、
〔４〕  前記変性共役ジエン系重合体が、有機金属型の活性部位を分子中に有する共役ジエン系重合体の該活性部位に、下記一般式（III）：【０００９】
【化１】
2011125637.tif 000002
（式中、ａ＋ｂ＋ｃ＝４（但し、ｂは１〜３の整数、ａは０〜２の整数、ｃは１〜３の整数である）であり、Ａは飽和環状３級アミン化合物残基、不飽和環状３級アミン化合物残基、イミン残基、ニトリル基、（チオ）イソシアナート基、（チオ）エポキシ基、イソシアヌル酸トリヒドロカルビルエステル残基、炭酸ジヒドロカルビルエステル残基、ニトリル基、ピリジン基、（チオ）ケトン基、（チオ）アルデヒド基、アミド基、（チオ）カルボン酸ヒドロカルビルエステル残基、（チオ）カルボン酸エステル残基の金属塩残基、カルボン酸無水物残基、カルボン酸ハロゲン化合物残基、並びに加水分解可能な基を有する２級アミノ基またはメルカプト基の中から選ばれる少なくとも１種の官能基であり、Ａが複数のときは同一であっても異なっていてもよい。
Ｒ1は、炭素数１〜２０の一価の脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１８の一価の芳香族炭化水素基またはハロゲン原子であり、Ｒ1が複数のときは同一であっても異なっていてもよい。Ｒ2は、炭素数１〜２０の一価の脂肪族炭化水素基又は炭素数６〜１８の一価の芳香族炭化水素基であり、Ｒ2が複数のときは同一であっても異なっていてもよい。Ｒ3は、炭素数１〜２０の二価の炭化水素基又は炭素数６〜１８の二価の芳香族炭化水素基であり、Ｒ3が複数のときは同一であっても異なっていてもよい。）で表される変性剤、及びその縮合物を反応させて得られる変性共役ジエン系重合体である〔２〕に記載のゴム組成物、
〔５〕  前記変性共役ジエン系重合体が、下記一般式（ＩＩ）で表される化合物と下記一般式（III）で表される変性剤との縮合物を反応させて得られる変性共役ジエン系重合体である〔２〕に記載のゴム組成物、
Ｒ1aＭ（ＯＲ2）b  ・・・  （ＩＩ）
（式中、Ｒ1及びＲ2は、それぞれ独立して炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数３〜２０のシクロアルキル基、炭素数６〜２０のアリール基及び炭素数７〜２０のアラルキル基から選択され、Ｍはスズ又はケイ素であり、Ｘはそれぞれ独立して塩素、臭素又はヨウ素である。また、ａは０〜３の整数、ｂは１〜４の整数であり、ａ＋ｂ＝４である）【００１０】
【化２】
2011125637.tif 000003
（式中、ａ＋ｂ＋ｃ＝４（但し、ｂは１〜３の整数、ａは０〜２の整数、ｃは１〜３の整数である）であり、Ａは飽和環状３級アミン化合物残基、不飽和環状３級アミン化合物残基、イミン残基、ニトリル基、（チオ）イソシアナート基、（チオ）エポキシ基、イソシアヌル酸トリヒドロカルビルエステル残基、炭酸ジヒドロカルビルエステル残基、ニトリル基、ピリジン基、（チオ）ケトン基、（チオ）アルデヒド基、アミド基、（チオ）カルボン酸ヒドロカルビルエステル残基、（チオ）カルボン酸エステル残基の金属塩残基、カルボン酸無水物残基、カルボン酸ハロゲン化合物残基、並びに加水分解可能な基を有する２級アミノ基またはメルカプト基の中から選ばれる少なくとも１種の官能基であり、Ａが複数のときは同一であっても異なっていてもよい。
Ｒ1は、炭素数１〜２０の一価の脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１８の一価の芳香族炭化水素基またはハロゲン原子であり、Ｒ1が複数のときは同一であっても異なっていてもよい。Ｒ2は、炭素数１〜２０の一価の脂肪族炭化水素基又は炭素数６〜１８の一価の芳香族炭化水素基であり、Ｒ2が複数のときは同一であっても異なっていてもよい。Ｒ3は、炭素数１〜２０の二価の炭化水素基又は炭素数６〜１８の二価の芳香族炭化水素基であり、Ｒ3が複数のときは同一であっても異なっていてもよい。）
〔６〕  前記変性共役ジエン系重合体が、さらに窒素原子を含む〔２〕〜〔５〕のいずれかに記載のゴム組成物、【００１１】
〔７〕  前記共役ジエン系重合体が、共役ジエン化合物の（共）重合体である〔１〕に記載のゴム組成物。
〔８〕  前記共役ジエン系重合体が、芳香族ビニル化合物と共役ジエン化合物との共重合体である〔１〕に記載のゴム組成物、
〔９〕  前記共役ジエン系重合体が、１質量％以上６０質量％以下の芳香族ビニル化合物由来の構成単位を含み、かつ共役ジエン部分においてビニル結合量が５質量％以上８０質量％以下である〔１〕または〔８〕に記載のゴム組成物、
〔１０〕  前記反応帯域内に原料が噴霧導入されてから、第１番目の急冷媒体が導入されるまでの帯域における滞留時間をｔ1（秒）、この帯域での平均反応温度をＴ1（℃）とし、第１番目の急冷媒体が導入されてから、第２番目の急冷媒体が導入されるまでの帯域における滞留時間をｔ2（秒）、この帯域での平均反応温度をＴ2（℃）とし、更に、第２番目の急冷媒体が導入されてから、最後の急冷媒体が導入されるまでの帯域における滞留時間をｔ3（秒）、この帯域内での平均反応温度をＴ3（℃）とした場合、前記ゴム配合用カーボンブラックが、下記の関係式（３）、（４）及び（５）
２．００≦α１≦５．００                          ・・・（３）
５．００≦α２≦９．００                          ・・・（４）
−２．５×（α１＋α２）＋８５．０≦β≦９０．０  ・・・（５）
（ただし、α１＝ｔ1×Ｔ1、α２＝ｔ2×Ｔ2、β＝ｔ3×Ｔ3である。）
を満たすように制御して得られたものである〔１〕〜〔９〕のいずれかに記載のゴム組成物、
〔１１〕  前記ゴム配合用カーボンブラックが、下記の関係式（６）、（７）及び（８）
２０＜Ｘ＜４０  ・・・（６）
５０＜Ｙ＜６０  ・・・（７）
９０＜Ｚ＜９５  ・・・（８）
（式中、Ｙは第２番目の急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度を示し、Ｘ及びＺは前記と同じである。）
を満たすように制御して得られたものである〔１〕〜〔１０〕のいずれかに記載のゴム組成物、
〔１２〕  前記ゴム配合用カーボンブラックの水素放出率が、０．３質量％よりも高い〔１〕〜〔１１〕のいずれかに記載のゴム組成物、
〔１３〕  前記ゴム配合用カーボンブラックにおけるジブチルフタレート吸収量（ＤＢＰ）が９５ｍＬ／１００ｇ以上２２０ｍＬ／１００ｇ以下であり、圧縮ＤＢＰ吸収量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が９０ｍＬ／１００ｇ以上２００ｍＬ／１００ｇ以下であり、かつセチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が７０ｍ2／ｇ以上２００ｍ2／ｇ以下である〔１〕〜〔１２〕のいずれかに記載のゴム組成物、
〔１４〕  前記ゴム組成物が、ゴム成分１００質量部に対し、前記共役ジエン系重合体を５質量部以上８０質量部以下含む〔１〕〜〔１３〕のいずれかに記載のゴム組成物、
〔１５〕  前記ゴム組成物が、ゴム成分１００質量部に対し、前記ゴム配合用カーボンブラックを１０質量部以上２５０質量部以下含む〔１〕〜〔１４〕のいずれかに記載のゴム組成物、及び
〔１６〕  〔１〕〜〔１５〕のいずれかに記載のゴム組成物を用いてなるタイヤ、
を提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、特定のプロセスにより得られた特定の性状を有するカーボンブラックを、変性共役ジエン系重合体を含むゴム成分に所定の割合で含有することにより、タイヤとした場合に耐摩耗性及び耐引裂き性等の耐久性を向上させつつ、転がり抵抗を低減することが可能なゴム組成物を提供することができる。また、本発明のゴム組成物を用いて得られるタイヤは、耐摩耗性及び転がり抵抗が高度にバランスされている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ゴム配合用カーボンブラックを製造するためのカーボンブラック製造炉の一例の部分断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施形態により説明する。
＜ゴム組成物＞
まず、本実施形態のゴム組成物について説明する。
本実施形態のゴム組成物は、ケイ素原子、スズ原子、硫黄原子、酸素原子及びチタン原子から選ばれる少なくとも１つを、重合活性末端、重合開始末端及び重合鎖中のいずれかに有する共役ジエン系重合体を含むゴム成分と、燃焼ガス生成帯域と、反応帯域と、反応停止帯域とが連設されてなる反応装置を用い、前記燃焼ガス生成帯域内で高温燃焼ガスを生成させ、次いで前記反応帯域内に原料を噴霧導入してカーボンブラックに転化し、前記反応停止帯域で該カーボンブラックを含む反応ガス流を急冷して、反応を終結させることにより得られたゴム配合用カーボンブラックとを含むものである。
【００１５】
一般に、重合体末端等に窒素含有官能基等を有する変性共役ジエン系重合体を含むゴム成分にカーボンブラックが配合されたゴム組成物においては、ゴム成分に対するカーボンブラックの分散性が向上し、延いてはゴム成分のヒステリシスロスが低減されるため、耐摩耗性及び転がり抵抗を向上させることができる。しかしながら、上記変性共役ジエン系重合体に天然ゴムがブレンドされたゴム成分を用いる場合には、ヒステリシスロスの低減効果を更に向上させることが必要となる。なぜなら、通常の製造方法によって得られる天然ゴムでは、天然ゴムラテックス中に含まれる非ゴム成分が残存することにより、その損失正接（ｔａｎδ）が高く、発熱性の低減効果が低い場合があるからである。
【００１６】
これに対し、本実施形態のゴム組成物に用いるカーボンブラックは、トルエン着色透過度が特定の範囲を満たすため、表面に存在するタール分が充分少なく、カーボンブラックとゴム分子との複合化が効率的に起こる結果、ゴム組成物の耐摩耗性及び低発熱性を向上させることができる。更に、本実施形態のゴム組成物では、上記表面に存在するタール成分の少ないカーボンブラックと共に、特定構造の官能基を有する変性共役ジエン系重合体を用いることによって、カーボンブラックの分散性が大幅に向上するため、カーボンブラックの補強効果を十分に発揮しつつ、ゴム組成物中のヒステリシスロスを低減させることができる。このため、本実施形態のゴム組成物では、変性共役ジエン系重合体に天然ゴムがブレンドされていても、タイヤの耐摩耗性、耐引裂き性及び転がり抵抗を十分に向上させることができる。また、本実施形態のゴム組成物では、カーボンブラックの分散性が高いため、カーボンブラックを所定量配合しても、ヒステリシスロスの低減効果を確保することができ、これによって、ゴム組成物の耐摩耗性及び耐引裂き性を容易に向上させることもできる。
【００１７】
（ゴム成分）
本実施形態のゴム組成物において、ゴム成分には、ケイ素原子、スズ原子、硫黄原子、酸素原子及びチタン原子から選ばれる少なくとも１つを、重合活性末端、重合開始末端及び重合鎖中のいずれかに有する共役ジエン系重合体が含まれる。
【００１８】
本実施形態における共役ジエン系重合体は、有機金属型の活性部位を分子中に有する重合体として製造することができ、その製造方法については特に制限はなく、溶液重合法、気相重合法、バルク重合法のいずれも用いることができるが、特に溶液重合法が好ましい。また、重合形式は、回分式及び連続式のいずれであってもよい。
【００１９】
また、前記活性部位の金属はアルカリ金属及びアルカリ土類金属から選ばれる１種であることが好ましく、特にリチウム金属が好ましい。
上記溶液重合法においては、例えばリチウム化合物を重合開始剤とし、共役ジエン化合物単独又は共役ジエン化合物及び芳香族ビニル化合物をアニオン重合させることにより、目的の重合体を製造することができる。本実施形態における共役ジエン系重合体としては、ガラス転移温度が制御可能である等観点から、共役ジエン化合物の重合体または共重合体、あるいは共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物とを共重合させた共役ジエン系重合体が好ましい。
【００２０】
さらには、ハロゲン含有モノマーを混在させ、ポリマー中のハロゲン原子を有機金属化合物によって活性化することも有効である。例えば、イソブチレン単位、パラメチルスチレン単位及びパラブロモメチルスチレン単位を含む共重合体の臭素部分をリチオ化して活性部位とすることも有効である。
尚、前記活性部位は重合体の分子中に存在すればよく、重合活性末端、重合開始末端及び重合鎖中のいずれに存在してもよい。重合体がアルカリ金属化合物及び／又はアルカリ土類金属化合物を重合開始剤としたアニオン重合によるものである場合には、一般的に前記活性部位は重合体の末端にくる。
そして、例えば上記活性末端に、ケイ素原子、スズ原子、硫黄原子、酸素原子及びチタン原子から選ばれる少なくとも１つを含む化合物を反応させれば、前記本実施形態における共役ジエン系重合体が得られる。
【００２１】
上記共役ジエン化合物としては、例えば１，３−ブタジエン、イソプレン、１，３−ペンタジエン、２，３−ジメチルブタジエン、２−フェニル−１，３−ブタジエン、１，３−ヘキサジエンなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよいが、これらの中で、１，３−ブタジエン、イソプレンが特に好ましい。
また、これらの共役ジエン化合物との共重合に用いられる芳香族ビニル化合物としては、例えばスチレン、α−メチルスチレン、１−ビニルナフタレン、３−ビニルトルエン、エチルビニルベンゼン、ジビニルベンゼン、４−シクロヘキシルスチレン、２，４，６−トリメチルスチレンなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよいが、これらの中で、スチレン系が特に好ましい。
さらに、単量体として共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物を用いて共重合を行う場合、それぞれ１，３−ブタジエン及びスチレンの使用が、単量体の入手の容易さなどの実用性の面、及びアニオン重合特性がリビング性などの点で優れることなどから、特に好適である。
また、溶液重合法を用いた場合には、溶媒中の単量体濃度は、好ましくは５〜５０質量％の範囲、より好ましくは１０〜３０質量％の範囲である。尚、共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物とを用いて共重合を行う場合、仕込み単量体混合物中の芳香族ビニル化合物の含量は好ましくは１〜６０質量％の範囲、さらには５〜４５質量％の範囲が好ましい。
【００２２】
重合開始剤のリチウム化合物としては、特に制限はないが、ヒドロカルビルリチウム及びリチウムアミド化合物が好ましく用いられ、前者のヒドロカルビルリチウムを用いる場合には、重合開始末端にヒドロカルビル基を有し、かつ他方の末端が重合活性部位である共役ジエン系重合体が得られる。また、後者のリチウムアミド化合物を用いる場合には、重合開始末端に窒素含有基を有し、他方の末端が重合活性部位である共役ジエン系重合体が得られる。
【００２３】
上記ヒドロカルビルリチウムとしては、炭素数２〜２０のヒドロカルビル基を有するものが好ましく、例えばエチルリチウム、ｎ−プロピルリチウム、イソプロピルリチウム、ｎ−ブチルリチウム、ｓｅｃ−ブチルリチウム、ｔｅｒｔ−オクチルリチウム、ｎ−デシルリチウム、フェニルリチウム、２−ナフチルリチウム、２−ブチル−フェニルリチウム、４−フェニル−ブチルリチウム、シクロヘキシルリチウム、シクロペンチルリチウム、ジイソプロペニルベンゼンとブチルリチウムとの反応生成物などが挙げられるが、これらの中で、ｎ−ブチルリチウムが好ましい。
【００２４】
一方、リチウムアミド化合物としては、例えばリチウムヘキサメチレンイミド、リチウムピロリジド、リチウムピペリジド、リチウムヘプタメチレンイミド、リチウムドデカメチレンイミド、リチウムジメチルアミド、リチウムジエチルアミド、リチウムジブチルアミド、リチウムジプロピルアミド、リチウムジヘプチルアミド、リチウムジヘキシルアミド、リチウムジオクチルアミド、リチウムジ−２−エチルヘキシルアミド、リチウムジデシルアミド、リチウム−Ｎ−メチルピペラジド、リチウムエチルプロピルアミド、リチウムエチルブチルアミド、リチウムメチルブチルアミド、リチウムエチルベンジルアミド、リチウムメチルフェネチルアミドなどが挙げられる。
【００２５】
これらの中で、カーボンブラックに対する相互作用効果及び重合開始能などの点から、リチウムヘキサメチレンイミド、リチウムピロリジド、リチウムピペリジド、リチウムヘプタメチレンイミド、リチウムドデカメチレンイミドなどの環状リチウムアミドが好ましく、特にリチウムヘキサメチレンイミド及びリチウムピロリジドが好適である。
これらのリチウムアミド化合物は、一般に、二級アミンとリチウム化合物とから、予め調製したものを重合に使用することが多いが、重合系中（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で調製することもできる。また、この重合開始剤の使用量は、好ましくは単量体１００ｇ当たり、０．２〜２０ミリモルの範囲で選定される。
【００２６】
前記リチウム化合物を重合開始剤として用い、アニオン重合によって共役ジエン系重合体を製造する方法としては、特に制限はなく、従来公知の方法を用いることができる。
具体的には、反応に不活性な有機溶剤、例えば脂肪族、脂環族、芳香族炭化水素化合物などの炭化水素系溶剤中において、共役ジエン化合物又は共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物とを、前記リチウム化合物を重合開始剤として、所望により、用いられるランダマイザーの存在化にアニオン重合させることにより、目的の共役ジエン系重合体が得られる。
【００２７】
前記炭化水素系溶剤としては、炭素数３〜８のものが好ましく、例えばプロパン、ｎ−ブタン、イソブタン、ｎ−ペンタン、イソペンタン、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、プロペン、１−ブテン、イソブテン、トランス−２−ブテン、シス−２−ブテン、１−ペンテン、２−ペンテン、１−ヘキセン、２−ヘキセン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどを挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。
【００２８】
また、所望により用いられるランダマイザーとは、共役ジエン重合体のミクロ構造の制御、例えばブタジエン−スチレン共重合体におけるブタジエン部分の１，２結合、イソプレン重合体における３，４結合の増加など、あるいは共役ジエン化合物−芳香族ビニル化合物共重合体における単量体単位の組成分布の制御、例えばブタジエン−スチレン共重合体におけるブタジエン単位、スチレン単位のランダム化などの作用を有する化合物のことである。このランダマイザーとしては、特に制限はなく、従来ランダマイザーとして一般に使用されている公知の化合物の中から任意のものを適宜選択して用いることができる。具体的には、ジメトキシベンゼン、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ビステトラヒドロフリルプロパン、トリエチルアミン、ピリジン、Ｎ−メチルモルホリン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン、１，２−ジピペリジノエタンなどのエーテル類及び第三級アミン類などを挙げることができる。また、カリウム−ｔ−アミレート、カリウム−ｔ−ブトキシドなどのカリウム塩類、ナトリウム−ｔ−アミレートなどのナトリウム塩類も用いることができる。
これらのランダマイザーは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その使用量は、リチウム化合物１モル当たり、好ましくは０．０１〜１０００モル当量の範囲で選択される。
【００２９】
この重合反応における温度は、好ましくは０〜１５０℃の範囲、より好ましくは２０〜１３０℃の範囲で選定される。重合反応は、発生圧力下で行うことができるが、通常は単量体を実質的に液相に保つに十分な圧力で操作することが望ましい。すなわち、圧力は重合される個々の物質や、用いる重合媒体及び重合温度にもよるが、所望ならばより高い圧力を用いることができ、このような圧力は重合反応に関して不活性なガスで反応器を加圧する等の適当な方法で得られる。
この重合においては、重合開始剤、溶媒、単量体など、重合に関与する全ての原材料としては、水、酸素、二酸化炭素、プロトン性化合物などの反応阻害物質を除去したものを用いることが望ましい。
尚、エラストマーとして重合体を得る場合は、得られる重合体又は共重合体の、示差熱分析法により求めたガラス転移点（Ｔｇ）が−１１０℃〜−１５℃の範囲であることが好ましい。ガラス転移点が−１１０℃未満の重合体を得るのは困難であり、またガラス転移点が−１５℃を超えると室温領域で粘度が高くなりすぎ、取り扱いが困難となる場合がある。
【００３０】
一方、希土類金属化合物を重合開始剤として、配位重合で当該変性共役ジエン系重合体を製造する場合は、下記（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分を組み合わせて用いるのが更に好ましい。
上記配位重合に用いる（Ａ）成分は、希土類金属化合物、及び希土類金属化合物とルイス塩基との錯化合物等から選択される。ここで、希土類金属化合物としては、希土類元素のカルボン酸塩、アルコキサイド、β−ジケトン錯体、リン酸塩及び亜リン酸塩等が挙げられ、ルイス塩基としては、アセチルアセトン、テトラヒドロフラン、ピリジン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、チオフェン、ジフェニルエーテル、トリエチルアミン、有機リン化合物、１価又は２価のアルコール等が挙げられる。上記希土類金属化合物の希土類元素としては、ランタン、ネオジム、プラセオジム、サマリウム、ガドリニウムが好ましく、これらの中でも、ネオジムが特に好ましい。また、（Ａ）成分として、具体的には、ネオジムトリ−２−エチルヘキサノエート，それとアセチルアセトンとの錯化合物，ネオジムトリネオデカノエート，それとアセチルアセトンとの錯化合物，ネオジムトリｎ−ブトキシド等が挙げられる。これら（Ａ）成分は一種単独で用いても、二種以上を混合して用いてもよい。
【００３１】
上記配位重合に用いる（Ｂ）成分は、有機アルミニウム化合物から選択される。該有機アルミニウム化合物として、具体的には、式：Ｒ123Ａｌで表されるトリヒドロカルビルアルミニウム化合物、式：Ｒ122ＡｌＨ又はＲ12ＡｌＨ2で表されるヒドロカルビルアルミニウム水素化物（式中、Ｒ12は、それぞれ独立して炭素数１〜３０の炭化水素基である）、炭素数１〜３０の炭化水素基をもつヒドロカルビルアルミノキサン化合物等が挙げられる。該有機アルミニウム化合物として、具体的には、トリアルキルアルミニウム、ジアルキルアルミニウムヒドリド、アルキルアルミニウムジヒドリド、アルキルアルミノキサン等が挙げられる。これらの化合物は一種単独で用いても、二種以上を混合して用いてもよい。なお、（Ｂ）成分としては、アルミノキサンと他の有機アルミニウム化合物とを併用するのが好ましい。
【００３２】
上記配位重合に用いる（Ｃ）成分は、加水分解可能なハロゲンを有する化合物又はこれらとルイス塩基の錯化合物；三級アルキルハライド、ベンジルハライド又はアリルハライドを有する有機ハロゲン化物；非配位性アニオン及び対カチオンからなるイオン性化合物等から選択される。かかる（Ｃ）成分として、具体的には、アルキルアルミニウム二塩化物、ジアルキルアルミニウム塩化物、四塩化ケイ素、四塩化スズ、塩化亜鉛とアルコール等のルイス塩基との錯体、塩化マグネシウムとアルコール等のルイス塩基との錯体、塩化ベンジル、塩化ｔ−ブチル、臭化ベンジル、臭化ｔ−ブチル、トリフェニルカルボニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等が挙げられる。これら（Ｃ）成分は一種単独で用いても、二種以上を混合して用いてもよい。
【００３３】
上記重合開始剤は、上記の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）成分以外に、必要に応じて、重合用単量体と同じ共役ジエン化合物及び／又は非共役ジエン化合物を用いて予備的に調製してもよい。また、（Ａ）成分又は（Ｃ）成分の一部又は全部を不活性な固体上に担持して用いてもよい。上記各成分の使用量は、適宜設定することができるが、通常、（Ａ）成分は単量体１００ｇ当たり０．００１〜０．５ミリモル（ｍｍｏｌ）である。また、モル比で（Ｂ）成分／（Ａ）成分は５〜１，０００、（Ｃ）成分／（Ａ）成分は０．５〜１０が好ましい。
【００３４】
上記配位重合における重合温度は、−８０〜１５０℃の範囲が好ましく、−２０〜１２０℃の範囲が更に好ましい。また、配位重合に用いる溶媒としては、上述のアニオン重合で例示した反応に不活性な炭化水素溶媒を用いることができ、反応溶液中の単量体の濃度もアニオン重合の場合と同様である。更に、配位重合における反応圧力もアニオン重合の場合と同様であり、反応に使用する原材料も、水、酸素、二酸化炭素、プロトン性化合物等の反応阻害物質を実質的に除去したものが望ましい。
当該変性共役ジエン系重合体としては、有機アルカリ金属化合物、特にアルキルリチウムを用いてアニオン重合してなるものが好ましい。
【００３５】
本実施形態における共役ジエン系重合体では、無変性及び／又は変性低分子量ジエン系共重合体として、無変性物又は変性前の性状で、芳香族ビニル化合物由来の構成単位の含有量が１質量％以上６０質量％以下であり、かつ共役ジエン部分のビニル結合量が５質量％以上８０質量％以下であることが好ましい。芳香族ビニル化合物由来の構成単位の含有量や共役ジエン化合物部分のビニル結合量が上記範囲にないと、ゴム組成物の作業性の確保とゴム組成物の損失正接（ｔａｎδ）の低減とを十分に両立することができない場合がある。
芳香族ビニル化合物由来の構成単位の含有量は１０質量％以上５０質量％以下であることがより好ましく、また共役ジエン部分のビニル結合量は１０質量％以上７０質量％以下であることが好ましい。
【００３６】
本実施形態における共役ジエン重合体は、重合反応後に重合活性末端と、ケイ素原子、スズ原子、硫黄原子、酸素原子及びチタン原子から選ばれる少なくとも１つを含む化合物とを変性反応させて得られる変性共役ジエン系重合体であることが好ましい。
【００３７】
ここで、上記重合性活性末端を有する共役ジエン系重合体は、前述の共役ジエン系重合体の製造において説明したように、有機アルカリ金属化合物、好ましくはリチウム化合物を用い、芳香族ビニル化合物と共役ジエン化合物とを、前述と同様にしてアニオン重合させることにより、得ることができる。この際、反応条件としては、得られる活性末端を有する低分子量ジエン系共重合体が、前述した性状を有するように、適宜選択する。
このようにして得られた低分子量ジエン系共重合体の活性末端に反応させる変性剤としては、窒素含有化合物、ケイ素含有化合物、スズ含有化合物などを用いることができる。上記変性剤として用いることができる窒素含有化合物としては、ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン、ジメチルイミダゾリジノン、Ｎ−メチルピロリドン、４−ジメチルアミノベンジリデンアニリン等が挙げられる。これらの窒素含有化合物を変性剤として用いることで、置換及び非置換のアミノ基、アミド基、イミノ基、イミダゾール残基、ニトリル基、ピリジル基等の窒素を含む官能基を導入することができる。
なお、本実施形態における変性反応においては、用いる活性末端を有する低分子量ジエン系共重合体は、少なくとも１０モル％のポリマー鎖がリビング性を有するものが好ましい。
【００３８】
本実施形態における第１の重合体は、このようにして得られた有機金属型の活性部位を分子中に有する共役ジエン系重合体に対して、下記一般式（III）：
【００３９】
【化３】
2011125637.tif 000004
（式中、ａ＋ｂ＋ｃ＝４（但し、ｂは１〜３の整数、ａは０〜２の整数、ｃは１〜３の整数である）であり、Ａは飽和環状３級アミン化合物残基、不飽和環状３級アミン化合物残基、イミン残基、ニトリル基、（チオ）イソシアナート基、（チオ）エポキシ基、イソシアヌル酸トリヒドロカルビルエステル残基、炭酸ジヒドロカルビルエステル残基、ニトリル基、ピリジン基、（チオ）ケトン基、（チオ）アルデヒド基、アミド基、（チオ）カルボン酸エステル残基、（チオ）カルボン酸エステル残基の金属塩、カルボン酸無水物残基、カルボン酸ハロゲン化合物残基、並びに加水分解可能な基を有する２級アミノ基またはメルカプト基の中から選ばれる少なくとも１種の官能基であり、Ａが複数のときは同一であっても異なっていてもよい。
Ｒ1は、炭素数１〜２０の一価の脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１８の一価の芳香族炭化水素基またはハロゲン原子であり、Ｒ1が複数のときは同一であっても異なっていてもよい。Ｒ2は、炭素数１〜２０の一価の脂肪族炭化水素基又は炭素数６〜１８の一価の芳香族炭化水素基であり、Ｒ2が複数のときは同一であっても異なっていてもよい。Ｒ3は、炭素数１〜２０の二価の炭化水素基又は炭素数６〜１８の二価の芳香族炭化水素基であり、Ｒ3が複数のときは同一であっても異なっていてもよい。）で表される変性剤、及びその縮合物を反応させて得られる。
【００４０】
一般式（III）において、Ｒ1及びＲ2としては、炭素数１〜２０のアルキル基，炭素数２〜１８のアルケニル基，炭素数６〜１８のアリール基，炭素数７〜１８のアラルキル基等が挙げられる。ここで、上記アルキル基及びアルケニル基は、直鎖状，枝分かれ状，環状のいずれであってもよく、例えば、メチル基，エチル基，ｎ−プロピル基，イソプロピル基，ｎ−ブチル基，イソブチル基，ｓｅｃ−ブチル基，ｔｅｒｔ−ブチル基，ペンチル基，ヘキシル基，オクチル基，デシル基，ドデシル基，シクロペンチル基，シクロヘキシル基，ビニル基，プロぺニル基，アリル基，ヘキセニル基，オクテニル基，シクロペンテニル基，シクロヘキセニル基等が挙げられる。また、上記アリール基は、芳香環上に低級アルキル基等の置換基を有していてもよく、例えば、フェニル基，トリル基，キシリル基，ナフチル基等が挙げられる。更に、上記アラルキル基は、芳香環上に低級アルキル基等の置換基を有していてもよく、例えば、ベンジル基，フェネチル基，ナフチルメチル基等が挙げられる。
【００４１】
Ｒ3の内の炭素数１〜２０の二価の不活性炭化水素基としては、炭素数１〜２０のアルキレン基が好ましい。該アルキレン基は、直鎖状，枝分かれ状，環状のいずれであってもよいが、特に直鎖状のものが好適である。該直鎖状アルキレン基としては、メチレン基，エチレン基，トリメチレン基，テトラメチレン基，ペンタメチレン基，ヘキサメチレン基，オクタメチレン基，デカメチレン基，ドデカメチレン基等が挙げられる。
【００４２】
前記Ａのうちの飽和環状３級アミン化合物残基としては、例えばヘキサメチレンイミノ基、ピロリジニル基、ピペリジニル基、ヘプタメチレンイミノ基、ドデカメチレンイミノ基などを挙げることができ、不飽和環状３級アミン化合物残基としては、例えばイミダゾール残基、ジヒドロイミダゾール残基、オキサゾール残基、ピリジル基などを挙げることができる。
前記Ａとしては、性能の観点から、ケチミン残基、飽和環状３級アミン化合物残基、イミダゾール残基、ジヒドロイミダゾール残基、ピリジン基、ニトリル基、イソシアネート基及び脱離可能な官能基を有する２級アミノ基の中から選ばれる少なくとも１種の含窒素官能基を有する一価の基であることが好ましく、飽和環状３級アミン化合物残基、ケチミン残基、イミダゾール残基、ジヒドロイミダゾール残基及び脱離可能な官能基を有する２級アミノ基の中から選ばれる少なくとも１種を有する一価の基であることが、より好ましい。
【００４３】
一般式（III）において、Ａにおける官能基の中で、イミン残基はケチミン、アルジミン、アミジンの残基を包含し、(チオ)カルボン酸ヒドロカルビルエステルは、アクリレートやメタクリレート等の不飽和カルボン酸エステルの残基を包含する。また、（チオ）カルボン酸の金属塩残基の金属としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルミニウム、スズ、亜鉛等を挙げることができる。
【００４４】
前記Ａで表される一価の基における官能基の中で、加水分解可能な基を有する２級アミノ基としては、Ｎ−（トリメチルシリル）アミノ基などを挙げることができる。（チオ）イソシアネート基は、−ＮＣＯ基、−ＮＣＳ基である。
また（チオ）エポキシ基を含む一価の基としては、例えばグリシドキシ基、３，４−エポキシシクロヘキシル基、及びこれらの基におけるエポキシ環をチオエポキシ環に置き換えたものなどが挙げられる。
【００４５】
本実施形態で用いる変性剤は、前記したように二官能ヒドロカルビルオキシシラン化合物及び／又はその部分縮合物である。ここで、部分縮合物とは、ヒドロカルビルオキシシラン化合物のＳｉＯＲ基の一部（全部ではない）が、縮合によりＳｉＯＳｉ結合となったものをいう。
また、本実施形態で用いる変性剤が、ケイ素原子に直接結合したヒドロカルビルオキシ基が１つである一官能ヒドロカルビルオキシシラン化合物である場合、変性反応によってヒドロカルビルオキシ基が消費され、シリカなどの無機充填材に相互作用する変性基が導入されないため、本発明の目的が達せられない。一方、ケイ素原子に直接結合するヒドロカルビルオキシ基が３つある三官能ヒドロカルビルオキシシラン化合物である場合、変性剤１分子に複数の活性末端を有する共役ジエン系重合体が反応することにより、ジエン系重合体１分子当たりの高効率な変性末端の導入が達成できない。
本実施形態における変性反応においては、用いる活性末端を有する共役ジエン系重合体は、少なくとも１０モル％のポリマー鎖がリビング性を有するものが好ましい。
【００４６】
一般式（III）で表されるヒドロカルビルオキシシラン化合物としては、例えば、（チオ）エポキシ基含有ヒドロカルビルオキシシラン化合物として、２−グリシドキシエチルトリメトキシシラン、２−グリシドキシエチルトリエトキシシラン、（２−グリシドキシエチル）メチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、（３−グリシドキシプロピル）メチルジメトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル（メチル）ジメトキシシラン及びこれらの化合物におけるエポキシ基をチオエポキシ基に置き換えたものを挙げることができるが、これらの中でも、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン及び３−グリシドキシプロピルトリエトキシシランが特に好ましい。
【００４７】
また、イミン残基含有ヒドロカルビルオキシシラン化合物として、Ｎ−（１，３−ジメチルブチリデン）−３−（トリエトキシシリル）−１−プロパンアミン，Ｎ−（１−メチルエチリデン）−３−（トリエトキシシリル）−１−プロパンアミン，Ｎ−エチリデン−３−（トリエトキシシリル）−１−プロパンアミン，Ｎ−（１−メチルプロピリデン）−３−（トリエトキシシリル）−１−プロパンアミン，Ｎ−（４−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノベンジリデン）−３−（トリエトキシシリル）−１−プロパンアミン，Ｎ−（シクロヘキシリデン）−３−（トリエトキシシリル）−１−プロパンアミン及びこれらのトリエトキシシリル化合物に対応するトリメトキシシリル化合物，メチルジエトキシシリル化合物，エチルジエトキシシリル化合物，メチルジメトキシシリル化合物，エチルジメトキシシリル化合物等を挙げることができるが、これらの中でも、Ｎ−（１−メチルプロピリデン）−３−（トリエトキシシリル）−１−プロパンアミン及びＮ−（１，３−ジメチルブチリデン）−３−（トリエトキシシリル）−１−プロパンアミンが特に好ましい。
【００４８】
また、イミン（アミジン）残基含有化合物としては、１−［３−（トリエトキシシリル）プロピル］−４，５−ジヒドロイミダゾール，１−［３−（トリメトキシシリル）プロピル］−４，５−ジヒドロイミダゾール，Ｎ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４，５−ジヒドロイミダゾール，Ｎ−（３−イソプロポキシシリルプロピル）−４，５−ジヒドロイミダゾール，Ｎ−（３−メチルジエトキシシリルプロピル）−４，５−ジヒドロイミダゾール等が挙げられ、これらの中でも、Ｎ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４，５−ジヒドロイミダゾールが好ましい。
【００４９】
前記一般式（III）で表される二官能ヒドロカルビルオキシシラン化合物として、例えばＡがイミダゾール残基又はジヒドロイミダゾール残基を有する場合、具体例として、１−［３−［ジエトキシ（メチル）シリル］プロピル］−イミダゾール、１−［３−［ジエトキシ（エチル）シリル］プロピル］−イミダゾール、１−［３−［ジプロポキシ（メチル）シリル］プロピル］−イミダゾール、１−［３−［ジプロポキシ（エチル）シリル］プロピル］−イミダゾール、１−［３−［ジエトキシ（メチル）シリル］プロピル］−４，５−ジヒドロイミダゾール、１−［３−［ジエトキシ（エチル）シリル］プロピル］−４，５−ジヒドロイミダゾール、１−［３−［ジプロポキシ（メチル）シリル］プロピル］−４，５−ジヒドロイミダゾール、１−［３−［ジプロポキシ（エチル）シリル］プロピル］−４，５−ジヒドロイミダゾールなどを挙げることができるが、これらの中で１−［３−［ジエトキシ（メチル）シリル］プロピル］−イミダゾール、１−［３−［ジプロポキシ（メチル）シリル］プロピル］−イミダゾール、１−［３−［ジエトキシ（メチル）シリル］プロピル］−４，５−ジヒドロイミダゾール及び１−［３−［ジプロポキシ（メチル）シリル］プロピル］−４，５−ジヒドロイミダゾールが好適である。
【００５０】
前記一般式（III）で表される二官能ヒドロカルビルオキシシラン化合物として、例えばＡがピリジル基、又はニトリル基を有する場合、具体例として、２−［２−［ジエトキシ（メチル）シリル］エチル］−ピリジン、２−［２−［ジプロポキシ（メチル）シリル］エチル］−ピリジン、２−［３−［ジエトキシ（メチル）シリル］プロピル］−ピリジン、２−［３−［ジエトキシ（エチル）シリル］プロピル］−ピリジン、２−［３−［ジプロポキシ（メチル）シリル］プロピル］−ピリジン、２−［３−［ジプロポキシ（エチル）シリル］プロピル］−ピリジン、４−［２−［ジエトキシ（メチル）シリル］エチル］−ピリジン、４−［２−［ジプロポキシ（メチル）シリル］エチル］−ピリジン、４−［３−［ジエトキシ（メチル）シリル］プロピル］−ピリジン、４−［３−［ジエトキシ（エチル）シリル］プロピル］−ピリジン、４−［３−［ジプロポキシ（メチル）シリル］プロピル］−ピリジン、４−［３−［ジプロポキシ（エチル）シリル］プロピル］−ピリジンなどのピリジン化合物、１−シアノ−３−［ジエトキシ（メチル）シリル］−プロパン、１−シアノ−３−［ジエトキシ（エチル）シリル］−プロパン、１−シアノ−３−［ジプロポキシ（メチル）シリル］−プロパン、１−シアノ−３−［ジプロポキシ（エチル）シリル］−プロパンなどのシアノ化合物を挙げることができる。これらの中で、２−［３−［ジエトキシ（メチル）シリル］プロピル］−ピリジン、２−［３−［ジプロポキシ（メチル）シリル］プロピル］−ピリジン、４−［３−［ジエトキシ（メチル）シリル］プロピル］−ピリジン、４−［３−［ジプロポキシ（メチル）シリル］プロピル］−ピリジン、１−シアノ−３−［ジエトキシ（メチル）シリル］−プロパン及び１−シアノ−３−［ジプロポキシ（メチル）シリル］−プロパンが好適である。
【００５１】
前記一般式（III）で表される二官能ヒドロカルビルオキシシラン化合物として、例えばＡが（チオ）イソシアナート基又はオキサゾール残基を有する場合、具体例として、１−イソシアナト−３−［ジエトキシ（メチル）シリル］−プロパン、１−イソシアナト−３−［ジエトキシ（エチル）シリル］−プロパン、１−イソシアナト−３−［ジプロポキシ（メチル）シリル］−プロパン、１−イソシアナト−３−［ジプロポキシ（エチル）シリル］−プロパンなどのイソシアナート化合物、上記イソシアナート化合物におけるイソシアナトをチオイソシアナトに置き換えたチオイソシアナート化合物、４−［３−［ジエトキシ（メチル）シリル］プロピル］−オキサゾール、４−［３−［ジエトキシ（エチル）シリル］プロピル］−オキサゾール、４−［３−［ジプロポキシ（メチル）シリル］プロピル］−オキサゾール、４−［３−［ジプロポキシ（エチル）シリル］プロピル］−オキサゾールなどのオキサゾール化合物などを挙げることができる。これらの中で、１−イソシアナト−３−［ジエトキシ（メチル）シリル］−プロパン、１−イソシアナト−３−［ジプロポキシ（メチル）シリル］−プロパン、４−［３−［ジエトキシ（メチル）シリル］プロピル］−オキサゾール及び４−［３−［ジプロポキシ（メチル）シリル］プロピル］−オキサゾールが好適である。
なお、本実施形態においては、オキサゾール残基はイソオキサゾール残基をも包含する。
【００５２】
更に、その他のヒドロカルビルオキシシラン化合物として、以下のものを挙げることができる。即ち、カルボン酸ヒドロカルビルエステル残基含有化合物としては、３−メタクリロイロキシプロピルトリエトキシシラン、３−メタクリロイロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロイロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−メタクリロイロキシプロピルトリイソプロポキシシランなどが挙げられ、これらの中でも、３−メタクリロイロキシプロピルトリメトキシシランが好ましい。
【００５３】
また、イソシアナート基含有化合物としては、３−イソシアナトプロピルトリメトキシシラン、３−イソシアナトプロピルトリエトキシシラン、３−イソシアナトプロピルメチルジエトキシシラン、３−イソシアナトプロピルトリイソプロポキシシランなどが挙げられ、これらの中でも、３−イソシアナトプロピルトリエトキシシランが好ましい。
【００５４】
更に、カルボン酸無水物残基としては、３−トリエトキシシリルプロピルコハク酸無水物残基、３−トリメトキシシリルプロピルコハク酸無水物残基、３−メチルジエトキシシリルプロピルコハク酸無水物残基等が挙げられ、これらの中でも、３−トリエトキシシリルプロピルコハク酸無水物残基が好ましい。
【００５５】
本実施形態では、上記特性構造を有するヒドロカルビルオキシシラン化合物を、該活性部位に対して好ましくは化学量論的量又はそれより過剰の、さらに好ましくは、見かけの活性部位の０．３モル当量以上加え（通常、該変性用ヒドロカルビルオキシシラン化合物は、その１モルが活性部位数モル当量に相当する）、該活性部位にヒドロカルビルオキシシラン化合物を反応させて、該活性部位に実質的にヒドロカルビルオキシシラン化合物残基を導入したのち、縮合促進剤を加える方法を用いる。
【００５６】
このような縮合促進剤としては、第三アミノ基を含有する化合物、又は周期律表（長周期型）の３族、４族、５族、１２族、１３族、１４族及び１５族のうちのいずれかに属する元素を一種以上含有する有機化合物を用いることができる。更に縮合促進剤として、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ビスマス（Ｂｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びスズ（Ｓｎ）からなる群から選択される少なくとも一種以上の金属を含有する、アルコキシド、カルボン酸塩、又はアセチルアセトナート錯塩であることが好ましい。
ここで用いる縮合促進剤は、前記変性反応前に添加することもできるが、変性反応の途中及び又は終了後に変性反応系に添加することが好ましい。変性反応前に添加した場合、活性末端との直接反応が起こり、例えば、活性末端に保護された第一アミノ基を有するヒドロカルビロキシ基が導入されない場合がある。
縮合促進剤を加える時期としては、ヒドロカルビルシラン化合物残基を導入した変性直後の反応系に添加することが好ましいが、該反応により変性された重合体を乾燥して後、配合時、望ましくは配合の第１ステージにおいて縮合促進剤を添加してもよい。
この変性反応において、使用する共役ジエン系重合体は、少なくとも２０モル％のポリマー鎖が該活性部位を有するものが好ましい。
【００５７】
本実施形態における第２の変性共役ジエン系重合体は、有機金属型の活性部位を分子中に有する共役ジエン系重合体の該活性部位に、下記一般式（Ｉ）
ＲaＭＸb  ・・・  （Ｉ）
（式中、Ｒは、それぞれ独立して炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数３〜２０のシクロアルキル基、炭素数６〜２０のアリール基及び炭素数７〜２０のアラルキル基から選択され、Ｍはスズ又はケイ素であり、Ｘはそれぞれ独立して塩素、臭素又はヨウ素である。また、ａは０〜３の整数、ｂは１〜４の整数であり、ａ＋ｂ＝４である）で表される化合物、及び一般式（ＩＩ）
Ｒ1aＭ（ＯＲ2）b  ・・・  （ＩＩ）
（式中、Ｒ1及びＲ2は、それぞれ独立して炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数３〜２０のシクロアルキル基、炭素数６〜２０のアリール基及び炭素数７〜２０のアラルキル基から選択され、Ｍはスズ又はケイ素であり、Ｘはそれぞれ独立して塩素、臭素又はヨウ素である。また、ａは０〜３の整数、ｂは１〜４の整数であり、ａ＋ｂ＝４である）で表される化合物の中から選ばれる少なくとも１種の変性剤、及びその縮合物を反応させて得られる。
【００５８】
前記有機金属型の活性部位を分子中に有する重合体の製造方法については、前記第１の重合体の場合と同様である。
上記一般式（Ｉ）及び（ＩＩ）で表されるカップリング剤の少なくともいずれかで変性した変性共役ジエン系重合体は、少なくとも一種のスズ−炭素結合又はケイ素−炭素結合を有する。一般式（Ｉ）及び（ＩＩ）において、ＲまたはＲ1及びＲ2は、それぞれ独立して炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数３〜２０のシクロアルキル基、炭素数６〜２０のアリール基又は炭素数７〜２０のアラルキル基であり、これらとして具体的には、メチル基、エチル基、ｎ−ブチル基、ネオフィル基、シクロヘキシル基、ｎ−オクチル基、２−エチルヘキシル基等が挙げられる。また、Ｚは、スズ又はケイ素であり、Ｘは、それぞれ独立して塩素又は臭素である。一般式（Ｉ）及び（ＩＩ）において、ａは０〜３の整数で、ｂは１〜４の整数であり、但し、ａ＋ｂ＝４である。
一般式（Ｉ）で表されるカップリング剤としては、四塩化スズ、ＲＳｎＣｌ3、Ｒ2ＳｎＣｌ2、Ｒ3ＳｎＣｌ等が好ましく、四塩化スズが特に好ましい。また、一般式（ＩＩ）で表されるカップリング剤としては、テトラアルコキシシラン、トリアルコキシシシラン、ジアルコキシシランが好ましく、テトラエトキシシランが特に好ましい。
【００５９】
本実施形態における第３の変性ジエン系重合体は、前記一般式（ＩＩ）で表されるアルコキシシラン化合物と前記一般式（III）で表される変性剤との縮合物を反応させて得られる変性共役ジエン系重合体である。
前記一般式（ＩＩ）で表されるアルコキシシラン化合物及び前記一般式（III）で表される変性剤については、前述の通りである。
【００６０】
前記有機金属型の活性部位を分子中に有する重合体の製造方法については、前記第１の重合体の場合と同様である。
また、縮合促進剤の種類及び縮合反応条件などについても、前述の第１の重合体の製造において説明した通りである。
【００６１】
以上説明した変性剤により変性された本実施形態における変性共役ジエン系重合体は、窒素原子を含むことが好ましい。一般に、窒素含有官能基を有する変性共役ジエン系重合体を含むゴム成分にカーボンブラックが配合されたゴム組成物においては、ゴム成分に対するカーボンブラックの分散性が向上し、延いてはゴム成分のヒステリシスロスが低減されるため、耐摩耗性及び転がり抵抗を向上させることができる。したがって、本実施形態における表面に存在するタール成分の少ないカーボンブラックと共に、窒素含有官能基を有する変性共役ジエン系重合体を用いることによって、カーボンブラックの分散性が大幅に向上するため、カーボンブラックの補強効果を十分に発揮しつつ、ゴム組成物中のヒステリシスロスを低減することができる。
【００６２】
第１の重合体、第２の重合体を得るための前記変性反応は、溶液反応及び固相反応のいずれも用いることができるが、溶液反応（重合時に使用した未反応モノマーを含んでいてもよい。）が好適である。また、この変性反応の形式については特に制限はなく、バッチ式反応器を用いて行ってもよく、多段連続式反応器やインラインミキサなどの装置を用いて連続式で行ってもよい。また、該変性反応は、重合反応終了が望まれる転化率に達した後、脱溶媒処理、水処理、熱処理などを行う前に実施することが肝要である。
【００６３】
また、変性反応の温度は、２０℃以上で行うことが好ましいが、共役ジエン系重合体の重合温度をそのまま用いることができ、３０〜１２０℃がさらに好ましい範囲として挙げられる。反応温度が低くなると重合体の粘度が上昇しすぎる、反応物の分散性が悪くなる傾向がある。一方、反応温度が高くなると、重合活性部位が失活し易くなる傾向がある。
なお、変性剤の使用量は、共役ジエン系重合体の製造に使用した重合開始剤１ｍｏｌに対し、０．２５〜３．０ｍｏｌの範囲が好ましく、０．５〜１．５ｍｏｌの範囲が更に好ましい。
【００６４】
本実施形態では、前記変性剤による変性が共役ジエン系重合体における活性部位に対して行われるが、この活性部位は重合体の分子中にあればよく、その位置は特に限定されない。ただし、ゴム成分中に、少なくとも一方の分子末端を、カーボンブラックと相互作用を有する官能基を含む化合物からなる変性剤で変性してなる変性共役ジエン系重合体を含むことがが、得られるゴム組成物の耐摩耗性と低転がり抵抗のバランスの観点から、特に好ましく、その観点からは、前記重合体における活性部位は共役ジエン系重合体の末端に存在することが好ましい。
【００６５】
本実施形態のゴム組成物は、ゴム成分として上述の変性共役ジエン系重合体（第１の重合体、第２の重合体）を含む。ここで、ゴム成分中の該変性共役ジエン系重合体の含有率は、ゴム成分１００質量部に対し、５質量部以上８０質量部以下の範囲とすることが好ましい。上記ゴム成分中の変性共役ジエン系重合体の含有量が５質量部未満では、カーボンブラック分散性の向上効果が十分に得られず、一方、８０質量部を超えると、作業性が低下する場合がある。上記含有率は１５質量部以上６０質量部以下の範囲とすることがより好ましい。
【００６６】
なお、本実施形態のゴム組成物において、上記変性共役ジエン系重合体以外のゴム成分としては、天然ゴム（ＮＲ）の他、未変性のスチレン−ブタジエン共重合体（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレン−プロピレン共重合体等を用いることができ、これらの中でも、天然ゴム及びポリイソプレンゴムが好ましい。これらゴム成分は、１種単独でも、２種以上のブレンドとして用いてもよい。
【００６７】
（ゴム配合用カーボンブラック）
本実施形態におけるゴム配合用カーボンブラックは、燃焼ガス生成帯域と、反応帯域と、反応停止帯域とが連設されてなる反応装置を用い、前記燃焼ガス生成帯域内で高温燃焼ガスを生成させ、次いで前記反応帯域に原料を噴霧導入してカーボンブラックを含む反応ガス流を形成させたのち、反応停止帯域にて、多段急冷媒体導入手段により、該反応ガス流を急冷して、反応を終結させることにより得られ、下記の関係式（１）及び（２）を満たすものである。
１０＜Ｘ＜４０    ・・・（１）
９０＜Ｚ＜１００  ・・・（２）
ただし、Ｘは原料導入位置から、第１番目の急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度（％）を示し、Ｚは、最後の急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度（％）を示す。
【００６８】
まず、本実施形態のゴム組成物に用いられるゴム配合用カーボンブラックの製造方法について説明する。
カーボンブラック製造炉内部は、燃焼帯域と反応帯域と反応停止帯域とを連接した構造であり、その全体は耐火物で覆われている。カーボンブラック製造炉は、燃焼帯域として、可燃性流体導入室と、炉頭部外周から酸素含有ガス導入管によって導入された酸素含有ガスを、整流板を用いて整流して可燃性流体導入室へ導入する酸素含有ガス導入用円筒と、酸素含有ガス導入用円筒の中心軸に設置され、可燃性流体導入室へ燃料用炭化水素を導入する燃料油噴霧装置導入管とを備える。燃焼帯域内では、燃料用炭化水素の燃焼により高温燃焼ガスを生成する。
【００６９】
カーボンブラック製造炉は、反応帯域として、円筒が次第に収れんする収れん室と、収れん室の下流側に例えば４つの原料油噴霧口を含む原料油導入室と、原料油導入室の下流側に反応室とを備える。原料油噴霧口は、燃焼帯域からの高温燃焼ガス流中に原料炭化水素を噴霧導入する。反応帯域内では、高温燃焼ガス流中に原料炭化水素を噴霧導入し、不完全燃焼又は熱分解反応により、原料炭化水素をカーボンブラックに転化する。
【００７０】
図１は、当該ゴム配合用カーボンブラックを製造するためのカーボンブラック製造炉の一例の部分断面説明図であって、カーボンブラックの原料（原料炭化水素）を含んだ高温ガスが導入される反応室１０及び反応継続兼冷却室１１を示す。図１に示すように、カーボンブラック製造炉１は、反応停止帯域として、多段急冷媒体導入手段１２を有する反応継続兼冷却室１１を備える。多段急冷媒体導入手段１２は、反応帯域からの高温燃焼ガス流に対して、水などの急冷媒体を噴霧する。反応停止帯域内では、高温燃焼ガス流を急冷媒体により急冷して反応を終結する。
また、カーボンブラック製造炉１は、反応帯域あるいは反応停止帯域において、ガス体を導入する装置を更に備えてもよい。ここで、「ガス体」としては、空気、酸素と炭化水素の混合物、これらの燃焼反応による燃焼ガス等が使用可能である。
このようにして、カーボンブラック製造において、反応ガス流が反応停止帯域に入るまでの各帯域における平均反応温度と滞留時間を制御して、トルエン着色透過度Ｘ、Ｙ及びＺを所望の値にすることにより、本実施形態のゴム組成物に用いられるゴム配合用カーボンブラックが得られる。
【００７１】
ここで、本実施形態における各帯域について説明する。
燃焼帯域とは、燃料と空気との反応により高温ガス流が生成される領域であり、この下流端は原料油が反応装置内に導入される点（複数位置で導入される場合は最も上流側）、例えば原料油が導入される点よりも上流側（図１では左側）を指す。
また、反応帯域とは、原料炭化水素が導入された点（複数位置の場合は最も上流側）から反応継続兼冷却室１１内の多段急冷水噴霧手段１２（これらの手段は反応継続兼冷却室１１内で抜き差し自在であり、生産する品種、特性により使用位置は選択される）の作動（水等の冷媒体を導入する）点までを指す。すなわち、例えば第３番目の原料油噴霧口で原料油を導入し、多段急冷媒体導入手段１２で水を導入した場合、この間の領域が反応帯域となる。反応停止帯域とは、急冷水圧入噴霧手段を作動させた点よりも下側（図１では右側）の帯域を指す。
図１において、反応継続兼冷却室１１という名称を用いたのは、原料導入時点から前記反応停止用急冷水圧入噴霧手段の作動時点までが反応帯域、それ以降が反応停止帯域であり、この急冷水導入位置が要求されるカーボンブラック性能により移動することがあるためである。
【００７２】
本実施形態においては、前記のようにして得られたゴム配合用カーボンブラックは、下記の関係式（１）及び（２）
１０＜Ｘ＜４０    ・・・（１）
９０＜Ｚ＜１００  ・・・（２）
を満たすことが必要である。
前記Ｘは、原料導入位置から、第１番目の急冷媒体導入手段（図１において、１２−Ｘ）より急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度（％）を示し、前記Ｚは、最後の急冷媒体導入手段（図１において、１２−Ｚ）により急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度（％）を示す。すなわち、第１番目の急冷媒体導入後のカーボンブラックは、トルエン着色透過度が１０％より高く、４０％未満であって、最後の急冷媒体導入後のカーボンブラック（ゴム配合用カーボンブラック）は、トルエン着色透過度が９０％より高く、１００％未満の範囲にあることが必要である。当該ゴム配合用カーボンブラックのトルエン着色透過度Ｚが９０％以下であれば、該カーボンブラックは、その中に含有される重質タール成分が多く存在し、ゴムに対して十分な補強性を与えることができず、耐摩耗性が低下する。
また、前記Ｘが４０以上であると、カーボンブラックの補強性が下がり、耐摩耗性が低下する。
【００７３】
このような性状を有するゴム配合用カーボンブラックは、下記のように反応温度及び滞留時間を制御することにより、得ることができる。
すなわち、反応帯域内に原料が噴霧導入されてから、第１番目の急冷媒体が導入されるまでの帯域における滞留時間をｔ1（秒）、この帯域での平均反応温度をＴ1（℃）とし、第１番目の急冷媒体が導入されてから、第２番目の急冷媒体導入手段（図１において、１２−Ｙ）により急冷媒体が導入されるまでの帯域における滞留時間をｔ2（秒）、この帯域での平均反応温度をＴ2（℃）とし、更に、第２番目の急冷媒体が導入されてから、最後の急冷媒体が導入されるまでの帯域における滞留時間（即ち、反応停止帯域通過までの帯域における滞留時間）をｔ3（秒）、この帯域内での平均反応温度をＴ3（℃）とした場合、下記の関係式（３）、（４）及び（５）
２．００≦α１≦５．００                          ・・・（３）
５．００≦α２≦９．００                          ・・・（４）
−２．５×（α１＋α２）＋８５．０≦β≦９０．０  ・・・（５）
（ただし、α１＝ｔ1×Ｔ1、α２＝ｔ2×Ｔ2、β＝ｔ3×Ｔ3である。）
を満たすように制御することにより、当該ゴム配合用カーボンブラックを得ることができる。
【００７４】
カーボンブラック製造炉１は、炉内の温度をモニターするため、任意の数箇所に熱電対を炉内に挿入できる構造を備える。平均反応温度Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3を算出するために、各工程（各帯域）で、少なくとも２箇所、望ましくは３〜４箇所の温度を測定することが好ましい。
更に、滞留時間ｔ1、ｔ2、ｔ3の算出は、公知の熱力学的計算方法によって導入反応ガス流体の体積を算出し、次式により算出するものとする。尚、原料油の分解反応および急冷媒体による体積増加は無視するものとする。
・滞留時間ｔ1（ｓｅｃ）＝〔原料炭化水素導入位置から第１番目の急冷媒体導入位置までの反応炉内通過容積（ｍ3）〕／ 〔反応ガス流体の体積（ｍ3／ｓｅｃ）〕
・滞留時間ｔ2（ｓｅｃ）＝〔第１番目の急冷媒体導入位置から第２番目の急冷媒体が導入されるまでの反応炉内通過容積（ｍ3）〕／ 〔反応ガス流体の体積（ｍ3／ｓｅｃ）〕
・滞留時間ｔ3（ｓｅｃ）＝〔第２番目の急冷媒体導入位置から最後の急冷媒体が導入されるまでの反応炉内通過容積（ｍ3）〕／ 〔反応ガス流体の体積（ｍ3／ｓｅｃ）〕
【００７５】
更に、当該ゴム配合用カーボンブラックとして、下記の関係式（６）、（７）及び（８）
２０＜Ｘ＜４０  ・・・（６）
５０＜Ｙ＜６０  ・・・（７）
９０＜Ｚ＜９５  ・・・（８）
（式中、Ｙは第２番目の急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度を示し、Ｘ及びＺは前記と同じである。）
を満たすように制御して得られたものを好適に用いることができる。
なお、上記トルエン着色透過度は、ＪＩＳ Ｋ ６２１８：１９９７の第８項Ｂ法に記載の方法により測定され、純粋なトルエンとの百分率で表示される。
【００７６】
当該ゴム配合用カーボンブラックは、水素放出率が、０．３質量％を超えることが好ましい。この水素放出率が０．３質量％を超えると、本実施形態のゴム組成物は耐摩耗性が高く、かつ発熱性も小さくなる。該水素放出率は０．３５質量％以上が好ましい。その上限は、通常０．４質量％程度である。
なお、上記水素放出率は、（１）カーボンブラック試料を１０５℃の恒温乾燥機中で１時間乾燥し、デシケータ中で室温まで冷却し、（２）スズ製のチューブ状サンプル容器に約１０ｍｇを精秤し、圧着・密栓し、（３）水素分析装置（堀場製作所ＥＭＧＡ６２１Ｗ）でアルゴン気流下、２０００℃で１５分間加熱したときの水素ガス発生量を測定し、その質量分率で表示される。
【００７７】
更に、当該ゴム配合用カーボンブラックは、ジブチルフタレート吸収量（ＤＢＰ）が９５ｍＬ／１００ｇ以上２２０ｍＬ／１００ｇ以下であり、圧縮ＤＢＰ吸収量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が９０ｍＬ／１００ｇ以上２００ｍＬ／１００ｇ以下であり、セチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が７０ｍ2／ｇ以上２００ｍ2／ｇ以下であるものが好ましい。ＤＢＰ、２４Ｍ４ＤＢＰ及びＣＴＡＢが上記範囲にあることにより、ゴム組成物を十分に補強することができ、ゴム組成物の耐摩耗性を向上させることができる。
【００７８】
上記ＤＢＰは１００ｍＬ／１００ｇ以上２００ｍＬ／１００ｇ以下であること、２４Ｍ４ＤＢＰは１００ｍＬ／１００ｇ以上１８０ｍＬ／１００ｇ以下であること、さらにＣＴＡＢは８０ｍ2／ｇ以上１８０ｍ2／ｇ以下であることが各々より好ましい。
なお、ジブチルフタレート吸収量（ＤＢＰ）及び圧縮ＤＢＰ吸収量（２４Ｍ４ＤＢＰ）は、ＡＳＴＭ Ｄ２４１４−８８（ＪＩＳ Ｋ６２１７−４：２００１）に記載の方法により測定され、カーボンブラック１００ｇ当たりに吸収されるジブチルフタレート（ＤＢＰ）の体積ｍＬで表示される。また、セチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）は、ＪＩＳ Ｋ６２１７−３：２００１に記載の方法により測定され、カーボンブラック単位質量当たりの比表面積ｍ2／ｇで表示される。
【００７９】
本実施形態のゴム組成物は、前述した変性共役ジエン系重合体を含むゴム成分１００質量部に対して、前記ゴム配合用カーボンブラックを、１０質量部以上２５０質量部以下の割合で含むことが好ましい。
前記カーボンブラックの含有量が１０質量部未満では、ゴム組成物の補強効果が十分に発揮されず、所望の耐摩耗性が得られない場合がある。一方２５０質量部を超えると、低転がり抵抗などの所望の物性を有するゴム組成物が得られない場合がある。前記カーボンブラックの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、２０質量部以上１５０質量部以下であることが好ましく、３０質量部以上１２０質量部以下であることがより好ましい。
なお、前記ゴム配合用カーボンブラックは、前述の方法で製造され、かつ前述した物性を有するものが用いられるが、該カーボンブラックの形態としては、例えばＦＥＦ、ＳＲＦ、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＩＳＡＦ−ＬＳ、ＳＡＦ−ＬＳなどが挙げられる。
【００８０】
（ゴム組成物の調製）
本実施形態のゴム組成物には、前記変性共役ジエン系重合体を含むゴム成分及び前記ゴム配合用カーボンブラック以外に、その他成分、例えば無機充填材、加硫剤、加硫促進剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、老化防止剤等のゴム業界で通常使用される配合剤を、本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択して配合することができる。これら配合剤としては、市販品を好適に使用することができる。また、上記ゴム組成物は、ゴム成分と、配合ゴム用カーボンブラックと、適宜選択した各種配合剤とを配合して、バンバリーミキサー、ロール、インターナルミキサー、インテンシブミキサー等を用いて混練り後、熱入れ、押出等することにより調製することができる。
【００８１】
＜タイヤ＞
本実施形態のタイヤは、上記ゴム組成物をタイヤ部材のいずれかに適用したことを特徴とする。ここで、本実施形態のタイヤにおいては、本実施形態のゴム組成物をトレッドに用いることが特に好ましく、上記ゴム組成物をトレッドに用いたタイヤは、耐摩耗性に優れると共に、転がり抵抗が低く低燃費性にも優れる。なお、本実施形態のタイヤに充填する気体としては、通常の或いは酸素分圧を変えた空気、又は窒素等の不活性ガスが挙げられる。本実施形態におけるゴム組成物をトレッドに用いる場合は、例えばトレッド用部材に押出し加工され、タイヤ成形機上で通常の方法により貼り付け成形され、生タイヤが成形される。この生タイヤを加硫機中で加熱加圧して、タイヤが得られる。
【実施例】
【００８２】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
なお、タイヤの耐摩耗性及びゴム組成物の低発熱性は、以下に示す方法に従って評価した。
（１）耐摩耗性
供試タイヤを車輌に装着し、４万ｋｍ走行した時点での溝の減量を測定し、比較例１のタイヤの減量値の逆数を１００として指数表示した。この値が大きいほど、耐摩耗性に優れる。
（２）低発熱性（ｔａｎδ）
米国レオメトリックス社製の動的スペクトロメーターを使用し、引張動歪３％、周波数１０Ｈｚ、５０℃の条件で測定し、コントロール（比較例１）のｔａｎδを１００として指数表示した。指数の値が小さいほど、タイヤの低発熱性（転がり抵抗）が優れていることを示す。【００８３】
＜カーボンブラックの製造＞
（カーボンブラックＡ）
図１に示すカーボンブラック製造炉を用いて、カーボンブラックＡを製造した。ただし、図１において多段急冷媒体導入手段１２として、第１番目の急冷媒体導入手段１２−Ｘ、第２番目の急冷媒体導入手段１２−Ｙ及び最後の急冷媒体導入手段１２−Ｚからなる３段急冷媒体導入手段を用いた。
また、製造炉内の温度をモニターするため、任意の数ヶ所に熱電対を炉内に挿入できる構造を備える上記製造炉を用いた。カーボンブラック製造炉において、燃料には比重０．８６２２（１５℃／４℃）のＡ重油を用い、原料油としては表１に示した性状の重質油を使用した。また、カーボンブラック製造炉の操作条件及びカーボンブラックの特性を表２に示す。【００８４】
【表１】
2011125637.tif 000005
【００８５】
（カーボンブラックＢ〜Ｋ）
表２に示す各操作条件を採用した以外は、カーボンブラックＡの製造と同様にしてカーボンブラックＢ〜Ｋを製造した。各カーボンブラックの特性を表２に示す。
【００８６】
【表２】
2011125637.tif 000006
【００８７】
＜変性共役ジエン系重合体の製造＞
（変性共役ジエン系重合体（１））
窒素置換された内容積５リットルのオートクレーブ反応器に、シクロヘキサン２７５０ｇ、２，２−ジテトラヒドロフリルプロパン０．０２８５ｍｍｏｌ、１，３−ブタジエン３７５ｇ、ｎ−ブチルリチウム２．８５ｍｍｏｌをシクロヘキサン溶液として仕込み、攪拌装置を備えた５０℃の温水浴中で４．５時間重合を行った。
重合転化率が９９％に達した時点で、トリブチル塩化スズ２．０８ｍｍｏｌを加えて、変性反応を１５分間行った。最後に反応後の重合体溶液に、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾールを添加した。次いで、スチームストリッピングにより脱溶媒を行い、１１０℃に調温された熱ロールによりゴムを乾燥し、変性共役ジエン系重合体（１）を得た。なお、変性前の共役ジエン系重合体のＧＰＣによるポリスチレン換算の重量平均分子量（Ｍｗ）は５１０，０００、ビニル結合量は１４％であった。【００８８】
（変性共役ジエン系重合体（２））
変性共役ジエン系重合体（１）の製造において、トリブチル塩化スズを四塩化スズ０．５２ｍｍｏｌに変更した以外は、変性共役ジエン系重合体（１）の製造と同様にして、変性共役ジエン系重合体（２）を得た。【００８９】
（変性共役ジエン系重合体（３））
変性共役ジエン系重合体（１）の製造において、トリブチル塩化スズをテトラエトキシシラン２．０８ｍｍｏｌに変更した以外は、変性共役ジエン系重合体（１）の製造と同様にして、変性共役ジエン系重合体（３）を得た。【００９０】
（変性共役ジエン系重合体（４））
変性共役ジエン系重合体（１）の製造において、トリブチル塩化スズをＮ−（１，３−ジメチルブチリデン）−３−（トリエトキシシリル）−１−プロパンアミン２．０８ｍｍｏｌに変更した以外は、変性共役ジエン系重合体（１）の製造と同様にして、変性共役ジエン系重合体（４）を得た。【００９１】
（変性共役ジエン系重合体（５））
窒素置換された内容積５リットルのオートクレーブ反応器に、シクロヘキサン２７５０ｇ、１，３−ブタジエン３７５ｇ、ｎ−ブチルリチウム２．８５ｍｍｏｌ、ヘキサメチレンイミン２．８５ｍｍｏｌを加えた後、テトラヒドロフラン０．０２８５ｍｍｏｌをシクロヘキサン溶液として仕込み、攪拌装置を備えた５０℃の温水浴中で４．５時間重合を行った。
重合転化率が９９％に達した時点で、トリブチル塩化スズ２．０８ｍｍｏｌを加えて、変性反応を１５分間行った。最後に反応後の重合体溶液に、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾールを添加した。次いで、スチームストリッピングにより脱溶媒を行い、１１０℃に調温された熱ロールによりゴムを乾燥し、変性共役ジエン系重合体（５）を得た。なお、変性前の共役ジエン系重合体のＧＰＣによるポリスチレン換算の重量平均分子量（Ｍｗ）は５６０，０００であった。【００９２】
（変性共役ジエン系重合体（６））
・変性剤の製造
イミダゾール３．４ｇ（０．０５ｍｏｌ）を９５℃で融解し、アルゴン雰囲気下で撹拌しながら、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン１１．８ｇ（０．０５ｍｏｌ）を３０分間かけて滴下した。滴下終了後、さらに９５℃の温度で１時間かけて反応させた。この反応生成物Ａは茶褐色の粘稠な液体として得られた。アニオン重合の変性反応に用いる場合は、この反応生成物Ａ：５ｇをシクロヘキサン１８ｍＬに溶解し、変性反応に用いる直前にｎ−ブチルリチウム（１．６規定ヘキサン溶液）１０ｍＬを加え充分に撹拌して変性剤溶液Ａとした。
・重合体の製造
変性共役ジエン系重合体（１）の製造において、トリブチル塩化スズを上記変性剤溶液Ａ：５．７ｍＬに変更した以外は、変性共役ジエン系重合体（１）の製造と同様にして、変性共役ジエン系重合体（６）を得た。【００９３】
（変性共役ジエン系重合体（７））
窒素置換された内容積５リットルのオートクレーブ反応器に、シクロヘキサン２７５０ｇ、２，２−ジテトラヒドロフリルプロパン０．０５ｍｍｏｌ、スチレン７５ｇ、１，３−ブタジエン３００ｇ、ｎ−ブチルリチウム２．８５ｍｍｏｌをシクロヘキサン溶液として仕込み、攪拌装置を備えた５０℃の温水浴中で４．５時間重合を行った。
重合転化率が９９％に達した時点で、テトラエトキシシラン２．０８ｍｍｏｌを加えて、変性反応を１５分間行った。最後に反応後の重合体溶液に、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾールを添加した。次いで、スチームストリッピングにより脱溶媒を行い、１１０℃に調温された熱ロールによりゴムを乾燥し、変性共役ジエン系重合体（７）を得た。なお、変性前の共役ジエン系重合体のＧＰＣによるポリスチレン換算の重量平均分子量（Ｍｗ）は４９０，０００、ビニル結合量は２０％であった。【００９４】
（変性共役ジエン系重合体（８））
変性共役ジエン系重合体（７）の製造において、トリブチル塩化スズを前記変性共役ジエン系重合体（６）の製造で用いた変性剤溶液Ａ：５．７ｍＬに変更した以外は、変性共役ジエン系重合体（１）の製造と同様にして、変性共役ジエン系重合体（８）を得た。【００９５】
＜実施例１〜１６及び比較例１〜７＞
表２に示す各カーボンブラックＡ〜Ｋを用い、バンバリーミキサーにより、表３に示す配合処方にしたがって２３種のゴム組成物を調製した。
次に、これら２３種のゴム組成物をトレッドに用いたタイヤサイズ１１Ｒ２２．５のトラック用タイヤ２３種類を常法にしたがって作製し、転がり抵抗（低発熱性）及び耐摩耗性を評価した。結果を表３に示す。
【００９６】
【表３】
2011125637.tif 000007
【００９７】
［注］
１）天然ゴム：ＲＳＳ＃１
２）ポリブタジエンゴム：宇部興産（株）製、商品名「ＵＢＥＰＯＬ−ＢＲ１５０Ｌ」（ビニル結合含有量：１％、重量平均分子量（Ｍｗ）：５２０，０００）
３）変性ジエン重合体：変性共役ジエン系重合体の製造で得た変性共役ジエン系重合体（１）〜（８）
４）カーボンブラック：カーボンブラックの製造で得たカーボンブラックD、K
５）老化防止剤６Ｃ：Ｎ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン、大内新興化学工業社製、商品名「ノクラック６Ｃ」
６）加硫促進剤ＣＺ：Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド、大内新興化学工業社製、商品名「ノクセラーＣＺ」【００９８】
表３に示す結果から、変性共役ジエン系重合体を含むゴム成分に、表面に存在するタール分の少ないカーボンブラックが所定量配合されたゴム組成物を用いた実施例１〜１６のタイヤは、転がり抵抗及び耐摩耗性が高度にバランスされていることが分かる。
【図１】
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【国際調査報告】
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2011125637.tif 000012
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